水平往复荷载作用下钢箱提篮拱弹塑性力学性能研究

目的 探究倾角、矢跨比及宽跨比三个参数对钢箱提篮拱在水平往复荷载作用下力学性能的影响,为钢提篮拱桥抗震设计提供理论基础。方法 通过改变参数,建立54个钢箱提篮拱有限元模型,在水平往复荷载作用下进行滞回分析,研究钢箱提篮拱水平力-位移滞回性能、极限承载力和拱顶横撑内力、变形在不同参数条件下的变化规律。结果 随着拱肋倾斜角度、宽跨比的增加或矢跨比的减小,结构初期刚度、极限承载能力均有较大提高,但横撑内力也随之增加,并会产生局部失稳破坏,影响结构的承载能力。结论 增加拱肋倾斜角度对钢箱提篮拱横向力学性能有较大改善,但在设计时应注意横撑内力增加带来的不利影响。

三塔斜拉-自锚式悬索组合结构计算方法及参数分析

为了掌握三塔斜拉-自锚式悬索组合结构的力学特点和计算方法,以汉中市西二环特大桥为例,进行了成桥状态计算方法研究,并结合实际工程中常用的结构参数对其进行力学性能影响分析。结果表明,该类结构在计算中非线性效应较突出;对于自锚式悬索体系部分,处理好悬索体系主缆矢跨比和背索在主梁上的锚固间距可优化副塔受力;对于斜拉索体系部分,主梁的截面形式及斜拉索的锚固间距对结构影响不大。

基于LS-DYNA的大空间柱壳结构爆炸波压力场分析

基于ANSYS/LS-DYNA,在验证模型及参数选取正确及可靠的基础上,建立了大空间柱壳结构在爆炸作用下的冲击波压力场计算模型。引入本征正交分解(POD)法,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱壳结构在爆炸冲击荷载作用下的压力场进行了数值模拟计算与分析,研究了跨度和矢跨比等因素对结构压力场分布的影响。结果表明,计算模型适用于大空间柱壳结构在爆炸作用下的动力响应计算。

大空间柱壳结构爆炸动力响应的Ritz-POD数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA建立大空间柱壳结构在内爆炸荷载作用下的数值模拟实验,在验证模型及参数选取的正确性及可靠性的基础上,建立了大空间柱壳结构在内爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。将Ritz振型叠加法与POD法结合,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱面网壳结构在内爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟计算与分析,研究了矢跨比和爆炸点位置等因素对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适合于大空间柱壳结构的爆炸动力响应分析,矢跨比大的结构防(抗)爆炸冲击波的能力较强。偏心爆炸比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利,设计中应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。

凯威特-联方型弦支穹顶结构的模态分析

利用ANSYS软件建立了凯威特-联方型弦支穹顶结构模型并对其进行了模态分析,采用兰克索斯法(Lanczos)求解结构的特征对,分析了外部荷载、矢跨比、环数比及支座形式4个变化参数对结构自振特性的影响,为结构动态性能评估及抗震设计提供了具有参考价值的结论。

K8-联方单层网壳的静力稳定性分析

基于大型通用有限元分析软件ANSYS/APDL的PDS模块以及自编的前后处理程序,对K8-联方混合型单层球面网壳进行静力稳定性研究,通过对9 300个算例的计算、统计和分析,研究矢跨比、频数比以及初始缺陷等参数对网壳稳定承载能力的影响,并在统计分析的基础上提出适当的初始缺陷值以及具有较高保证率的N阶缺陷模态法。

复杂地应力环境下隧道底鼓处治技术研究

西南地区某隧道仰拱出现底鼓病害,道床开裂变形严重,底鼓速率快,运营安全隐患高。为安全高效处治运营线路无砟轨道隧道底鼓病害问题,采用现场调查、探孔验证、地质补勘等方式,对既有隧道结构现状、病害成因进行了调查,优选了处置方案。结果表明:(1)通过对病害发育程度、地下水情况、混凝土状态、围岩地应力、结构变形等因素的综合分析,得出复杂地应力环境下缓倾软弱岩层与地下水的相互作用是造成该隧道上拱的主要原因;(2)对隧底注浆加固、隧底微型桩、隧底桩筏结构、道床抗拉锚杆(索)及隧底拆换并加深加强结构等方案进行比选,确定采用增大矢跨比、隧底加深加强的拆换重构方案;(3)在施工过程中加强应急管理,根据沉降观测、应力监测、隧底围岩位移监测等数据分析,及时优化调整设计方案,整治完成后效果良好。研究成果可供后续工程借鉴和参考。

三跨连续下承式梁-拱组合体系桥抗震性能及其参数影响规律研究

针对三跨连续下承式梁-拱组合体系桥的抗震性能及其结构参数影响规律问题,采用SAP2000建立了全桥三维有限元模型,基于能力/需求法评估了桥梁的抗震性能,识别了桥梁的抗震薄弱环节,在此基础上对桥梁抗震薄弱环节进行了IDA分析,进一步评估桥梁的抗震富余度,最后研究了关键结构设计参数对主拱圈地震响应的影响规律。研究表明:全桥的抗震薄弱环节为拱脚、1/4拱和1#单向活动墩、2~#固定墩;2~#固定墩在PGA分别为0.20 g和0.40 g时最早出现纵筋屈服和局部破坏机制,而拱脚在PGA为0.5 g时也会形成局部破坏机制;矢跨比对拱圈地震轴力的影响最大,而拱-梁刚度比对拱圈地震弯矩的影响最大,由于混凝土拱圈以受压为主,抗弯能力较低,因此拱-梁刚度比的影响更关键;减小拱-梁刚度比可大幅降低拱圈的地震内力,但也可能增大系梁的地震内力,在抗震设计中需要平衡。

Dynamic behavior of single-layer latticed cylindrical shells subjected to seismic loading

The single-layer latticed cylindrical shell is one of the most widely adopted space-fl'amed structures.In this paper,free vibration properties and dynamic response to horizontal and vertical seismic waves of single-layer latticed cylindrical shells are analyzed by the finite element method using ANSYS software.In the numerical study,where hundreds of cases were analyzed,the parameters considered included rise-span ratio,length-span ratio,surface load and member section size.Moreover,to better define the actual behavior of single-layer latticed shells,the study is focused on the dynamic stress response to both axial forces and bending moments.Based on the numerical results,the effects of the parameters considered on the stresses are discussed and a modified seismic force coefficient method is suggested.In addition,some advice based on these research results is presented to help in the future design of such structures.

交叉布索新型索-拱结构的静力性能及参数分析

结合弦撑式索-拱结构的撑杆布置特点以及张弦式索-拱结构的布索特点,提出了一种交叉布索索-拱结构。为了研究拉索节点位置、矢跨比、预拉力对新型索-拱结构的静力性能影响,建立了跨度60 m的交叉布索索-拱结构,采用ANSYS分析结构的静力性能,得出了一些实际性的结论。拉索节点位置越靠近拱体中点越可以极大地提高结构的竖向刚度,在均匀荷载作用下,拉索节点位置半跨1/6处结构的最大竖向位移比5/6处降低了40%;矢跨比的增加会提高结构拱脚处的稳定性,在不均匀荷载作用下,矢跨比0.15结构的水平支座反力比0.4降低1/3以下;预拉力的增加会降低下部索松弛的风险,但是增加拱体承担荷载的压力建议预拉力取值200 kN左右。

空间索面地锚式悬索桥结构行为研究

为研究空间索面地锚式悬索桥结构行为,以主跨610 m的空间索面地锚式悬索桥——重庆市郊铁路跳磴至江津线跨江轨道专用桥为背景,采用SNAS软件建立大桥有限元模型,分析主缆横向矢跨比、主缆弯扭刚度对结构受力特性的影响以及施工期间空间索面线形变化规律。结果表明:随主缆横向矢跨比增大,结构竖向刚度基本不变,横向刚度提高;主缆弯扭刚度仅对成桥状态近塔处主缆局部线形及少数吊索索力有所影响,对结构整体受力基本无影响;施工期间以空缆状态为基准进行索夹定位和横向预偏角放样时需考虑主缆转动角的影响,而以主缆横向对拉后状态为基准则可不考虑;采用5对拉杆张拉主缆进行横向定位可有效控制主缆横向位置及吊索横向倾角接近成桥状态。

泥岩隧洞仰拱矢跨比对围岩稳定性的影响

针对隧洞(道)工程中广泛存在软岩地层造成支护结构变形甚至破坏的问题,结合印度尼西亚佳蒂格德水电站引水隧洞现场监测的顶板沉降和边墙收缩变形数据,提出底板设置仰拱的支护方案.利用有限元软件MIDAS GTS建立不同仰拱矢跨比和侧压力系数的数值模型,反演佳蒂格德水电站引水隧洞的侧压力系数,并分析两台阶开挖隧洞围岩和初期支护结构的变形和应力规律.研究结果表明:(1)反演的佳蒂格德水电站泥岩段引水隧洞围岩的侧压力系数为1.2;(2)泥岩隧洞的仰拱矢跨比宜为1/10~1/8;(3)拱脚局部有应力集中的现象,必须对拱脚进行加固处理;(4)综合考虑佳蒂格德水电站引水隧洞的施工条件、围岩及支护结构的变形和应力、施工经济性,得出佳蒂格德引水隧洞最优矢跨比为1/10.

沉井式地下车库承载特性数值分析与结构优化

为研究连续拱形组合截面沉井式地下车库的受力特性,采用Ansys软件分别建立拱脚固接和拱脚铰接2种连接方式的不同跨数标准节间的连续拱形组合截面沉井的数值模型,分析构件的弯矩变化规律。结果表明:当标准节间外拱墙圆弧的迹线位于同一圆弧时,相应矢跨比为外拱墙弯矩接近为0的最优值。当标准节间跨数、拱脚连接方式、标准节间长宽比发生改变时,这一结论仍然适用。

中承式钢管混凝土拱桥拱肋关键参数影响分析

为寻求钢管混凝土拱桥拱肋关键参数的合理取值,分析拱肋关键参数对钢管混凝土拱桥结构力学行为、桥梁景观和工程造价等方面的影响。以净跨径360 m中承式钢管混凝土拱桥为背景,结合既有经验,以矢跨比系数(矢跨比倒数)、拱轴系数和主管管径为单因子变量建立17个主桥有限元模型,研究恒载作用下各关键参数对主拱内力、变形和稳定性等的影响规律。结果表明:随着矢跨比系数增大(矢跨比减小),拱肋的竖向刚度减小,弦管轴力和拱脚水平推力增大,关键截面偏心距标准差呈波浪形变化,主拱稳定系数先增大后减小;上弦管拱顶处轴力对矢跨比系数的敏感性高于拱脚处,下弦管相反。随着拱轴系数的增大,关键截面偏心距标准差先减小后增大,拱肋成拱后马鞍形效应越突出;拱脚截面、L/4(L为主拱跨径)截面和拱顶截面弦管轴力对拱轴系数敏感性较高,L/8截面和3 L/8截面的较低。管径为1~1.2 m时关键截面偏心距标准差基本相同,随着主管管径增大,主拱稳定系数增大。背景桥梁矢跨比、拱轴系数和主管管径分别取1/4.0、1.55、1.2 m时可兼顾景观、受力和经济性。

泰姆科节点刚度对单层球面网壳稳定性能的影响

为研究泰姆科节点剪切刚度对铝合金单层球面网壳稳定承载力的影响,建立了单层球面网壳多尺度分析模型,结果表明泰姆科节点单层球面网壳承载力随跨度的增大而减小,随矢跨比的增大而增大。当网壳达到稳定极限承载力时泰姆科节点发生弯曲变形的同时伴随着剪切变形。通过对比单层球面网壳多尺度模型和弹簧单元模型的双重非线性稳定分析结果,发现节点剪切变形对结构承载力的降低程度随网壳跨度及矢跨比的增大而减小。最后,提出了一种可综合考虑泰姆科节点弯曲变形和剪切变形的节点“组合模型”,并验证了该模型能精准地反映泰姆科节点的力学性能。

高层装配整体式剪力墙结构叠合连梁抗震性能评估

叠合连梁为高层装配整体式剪力墙结构中的重要构件,其抗震效果直接决定剪力墙结构的抗震能力。为此,对高层装配整体式剪力墙结构叠合连梁的抗震性能进行评估。制备不同跨高比、不同锚固方式的高层装配整体式剪力墙结构叠合连梁试件,模拟了地震作用下各试件的抗震性能。试验结果显示:地震荷载较小时,各试件的破坏情况均不严重,仅叠合连梁边缘位置出现少量裂缝;随着地震荷载的增大,各试件的裂缝逐渐增多,损伤面积不断扩大,其中跨高比较高的试件损伤面积较小,裂缝分布面积较小。当连梁转角较大时,跨高比较高的试件梁端弯矩变化较小,其高层装配整体式剪力墙结构叠合连梁具有较为良好的抗震性能。

大跨度石油管道悬索桥风缆动力性能及优化研究

为了深入分析振型和频率对结构动力性能的影响,以某石油管道悬索桥工程为例,采用Midas Civil有限元软件通过改变风缆的倾角角度、矢跨比、风缆截面面积以及风拉索截面面积等参数,研究了这些参数对桥梁动力特性产生的影响,结果表明风缆倾角角度和风缆截面面积对结构影响最为显著;分析了风缆参数对运营阶段桥梁动力性能的影响,提出了风缆角度取15°~30°、矢跨比取1/15~1/16、风拉索间距10 m~20 m、风缆截面面积取0.85~1倍、风拉索面积取1倍、跨中风拉索长度1 m~3 m的设计参数推荐值范围;运用结构优化理论对某管道悬索桥的风缆进行了优化设计,得到相较原设计的最优参数为0.9倍的风缆截面面积、风拉索间距取10 m、风拉索截面面积不变、跨中风拉索长度取2 m。

暗挖拱盖法地铁车站拱部结构矢跨比影响分析

为研究暗挖拱盖法施工时拱部矢跨比对车站结构的影响,以青岛某地铁车站工程为例,基于有限元分析软件MIDAS GTS,对比分析站台宽度为11 m和13 m两种车站结构下,不同矢跨比对其结构受力与变形的影响。研究结果表明:当矢跨比从0.16增大至0.24时拱部施工阶段拱顶弯矩最大,弯矩先减小后增大,整体结构施工时拱部与直墙交界处弯矩最大;两种跨度的车站弯矩分别减少了42.1%和44.6%;轴力随矢跨比的增大而减小,矢跨比对拱部施工阶段的影响较大;矢跨比对结构变形的影响非常明显,拱顶沉降、拱肩沉降与拱脚净空收敛均减少了1/3左右。在考虑整体结构施工与车站结构合理跨高时,拱部矢跨比越大,结构越合理。

典型空间张拉膜结构风荷载特性研究

膜结构作为典型的风敏感体系,其风致动力作用不容忽视。本文对空间张拉膜结构的基本体型单元双曲抛物面单元和类锥型悬链面单元进行找形分析,并结合鞍形膜结构的找形结果,对其进行CFD数值风洞模拟研究,详细对比分析了不同参数下结构的平均风压系数及流场特征。结果表明对大跨索膜结构来说,其竖向升力是重要荷载。

不同矢跨比倒放四角锥立体拱桁架结构稳定分析

利用有限元分析软件MIDAS建立了一跨度50m的立体拱桁架结构模型,分析了在矢跨比分别为1/4、1/5、1/6、1/7的承载力、变形。从分析结果可以得出:矢跨比越小桁架端部水平推力越大,对下部结构的承载力和变形要求越高,矢跨比越大反之,但拱桁架本身的稳定问题变得重要,实际工程中应结合空间需求选用合适的矢高比。还进行了不同失跨比下以结构的第一屈曲模态为初始缺陷的几何非线性稳定分析,得到不同失跨比下的临界荷载系数。